Regulation of alpha-amylase expression by autophagy during rice seed ripening

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Kanagawa University (2023); Tokyo University of Science (2022); Niigata University (2021)
• Principal Investigator: Hanamata Shigeru 神奈川大学, 付置研究所, 客員研究員 (00712639)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朽津 和幸 東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 教授 (50211884)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: イネ / オートファジー / 澱粉代謝 / 胚乳 / 遺伝子発現制御 / α-アミラーゼ

Outline of Final Research Achievements

Autophagy plays an important role in starch synthesis in rice endosperm. In this study, we gained deeper insight into the mechanism of α-amylase expression regulation induced by high-temperature stress and autophagy deficiency. In Osatg7, the starch degradation pathway was activated from the early flowering stage. The α-amylase promoter contained binding sequences for various stress-inducible transcription factors. Comprehensive transcript analysis revealed that various transcription factor groups were upregulated by high-temperature stress and autophagy deficiency. Additionally, there was a positive correlation between the final brown rice opacity and α-amylase activity in developing seeds. These results are expected to be used in the development of technology to predict the degree of brown rice opacity before the seeds are fully ripe in the future.

Free Research Field

ライフサイエンス、植物分子、生理科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

イネの種子発芽時の澱粉分解はα-アミラーゼの発現により制御される。一方で，種子登熟過程におけるα-アミラーゼの発現制御機構は未解明であった。本研究では，α-アミラーゼを含む，澱粉分解関連因子のプロモーター領域にトランスクリプトーム解析により同定した転写因子群が結合することでα-アミラーゼの転写が活性化される可能性を提示し，オートファジーはこれらの発現を抑制することで正常な澱粉合成に寄与することを明らかにした。玄米白濁具合と発達中の種子のα-アミラーゼ活性には正の相関があったことから，α-アミラーゼの活性を指標とすることで，種子収穫前に一等米比率を予測する技術の開発に転用できる可能性が示された。